제어 밸브(컨트롤 밸브)란? - 유형 및 작동 원리

컨트롤 밸브란?

제어 밸브는 컨트롤러의 신호에 따라 흐름 통로의 크기를 변경하여 유체 흐름을 제어하는 데 사용되는 밸브입니다. 이를 통해 유량을 직접 제어하고 압력, 온도 및 액체 레벨과 같은 프로세스 양을 결과적으로 제어할 수 있습니다.

자동 제어 용어에서 제어 밸브를 "최종 제어 요소"라고 합니다.

이름으로 제어 밸브는 제어를 목적으로 하는 밸브입니다. 일반적인 제어 밸브 애플리케이션은 유량, 온도, 압력 또는 액체 레벨 제어용일 수 있습니다. 제어 밸브는 공압, 전기 또는 유압이 될 수 있는 제어 신호에 의해 열리고 닫힙니다.

제어 밸브 사용 석유 및 가스, 정유, 석유화학, 화학, 특수 화학, 제약, 전력 등 공정 산업에서 공정 또는 공정 관련 유틸리티를 제어하기 위해 일부 제어 요소가 필요합니다. 제어 밸브는 대부분의 유체 취급 방법에서 최종 제어 요소로 사용됩니다.

 

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컨트롤 밸브의 작동 원리

제어 밸브는 내부 통로를 열거나 닫아 액체 또는 기체의 흐름을 조절합니다. 프로세스를 제어하는 데 사용되는 제어 루프의 일부를 형성합니다. 제어 밸브는 컨트롤러의 지시에 따라 내부 개구부를 조정합니다.

액체나 기체를 "제어"하기 위해 제어 밸브는 완전히 열리거나 닫히거나(켜짐/꺼짐) 약간(조절) 닫힐 수 있습니다.

조절 밸브는 약간 열리거나 닫힐 수 있습니다. 미디어가 흐르는 구멍의 크기를 변경하기 위해 이 작업을 수행합니다. 완전히 닫히거나 완전히 열리도록 이동할 수도 있습니다. 그러나 밸브 자체는 아무 것도 하지 않습니다. 열거나 닫으려면 밸브 액추에이터가 외부 소스로부터 신호를 받아야 합니다.

 

이것은 다음 중 하나에서 제공됩니다.

공압 작동식 제어 밸브: 공압 파일럿 또는 액체 레벨 컨트롤러
전기적으로 작동되는 제어 밸브: 전기 파일럿, 전기 액체 레벨 컨트롤러, PLC(Programmable Logic Controller) 또는 RTU(Remote Terminal Unit)

 

컨트롤 밸브의 목적

제어 밸브는 자체를 통과하는 흐름 속도를 변경합니다. 밸브 스템은 이동하여 통로의 크기를 변경하고 이러한 증가는 흐름을 감소시키거나 일정하게 유지합니다.
제어 밸브 개방은 제어되는 프로세스 매개변수가 의도한 값(설정값)과 같지 않을 때마다 변경됩니다.

 

컨트롤 밸브는 어떻게 배압을 유지할까?

분리기에 설치된 공압 작동식 고압 제어 밸브가 배압을 유지하는 방법은 다음과 같습니다.

공압 파일럿
신호는 공압 파일럿에 의해 제공됩니다. 이 패키지의 파일럿은 상류 압력을 감지하고 해당 신호(일반적으로 처리된 공급 가스)를 튜브를 통해 밸브의 작동기로 보냅니다.

공압 액추에이터
액추에이터는 밸브를 닫거나 열어 이 파일럿 신호에 반응합니다.

전기 파일럿
배압을 유지하기 위해 분리기에 설치된 전기 작동식 고압 제어 밸브의 경우 전기 파일럿(또는 PLC)에서 신호를 제공합니다. 전기 파일럿은 프로세스 조건을 나타내는 센서로부터 아날로그 4-20mA 신호를 수신합니다. 그런 다음 파일럿은 이 신호를 조절하고 해당 신호(4-20mA 루프)를 밸브의 전동 액추에이터로 보냅니다.

전동 액추에이터
액추에이터는 밸브를 열거나 닫음으로써 반응합니다.

 

 

제어 밸브의 작동

자동 제어 밸브의 개폐는 일반적으로 전기, 유압 또는 공압 액추에이터에 의해 수행됩니다. 일반적으로 완전히 열림과 완전히 닫힘 사이의 모든 위치로 설정할 수 있는 조절 밸브의 경우 밸브 포지셔너를 사용하여 밸브가 원하는 정도의 열림에 도달하도록 합니다.

공기 작동 밸브는 압축 공기 공급만 필요하기 때문에 단순하기 때문에 일반적으로 사용되는 반면 전기 작동 밸브에는 추가 케이블 및 스위치 기어가 필요하고 유압 작동 밸브에는 유압 유체에 대한 고압 공급 및 리턴 라인이 필요합니다.

공압 제어 신호는 전통적으로 3–15psi(0.2–1.0bar)의 압력 범위, 또는 더 일반적으로 현재는 산업의 경우 4–20mA의 전기 신호, HVAC 시스템의 경우 0–10V를 기반으로 합니다.

이제 전기 제어에는 4–20mA 제어 전류에 중첩된 "스마트" 통신 신호가 포함되어 있어 밸브 위치의 상태 및 확인이 컨트롤러로 다시 신호를 보낼 수 있습니다. HART, Fieldbus Foundation 및 Profibus가 가장 일반적인 프로토콜입니다.

자동 제어 밸브는 각 부품이 여러 유형과 디자인으로 존재하는 세 가지 주요 부품으로 구성됩니다.

밸브 액츄에이터

볼이나 버터플라이와 같은 밸브의 조절 요소를 이동합니다.

밸브 포지셔너

밸브가 원하는 개방도에 도달했는지 확인합니다. 이것은 마찰 및 마모 문제를 극복합니다.
밸브 본체 - 조절 요소, 플러그, 글로브, 볼 또는 버터플라이가 포함되어 있습니다.

 

중요한 컨트롤 밸브 부품

다음은 공압식 스템 유도식 고압 제어 밸브의 주요 내부 부품 중 일부입니다. 볼을 시트로 안내하는 스템이 있는 선형 밸브입니다.

변조 제어 또는 켜기/끄기 애플리케이션에서 작동할 수 있습니다.

보닛

보닛은 다이어프램과 액추에이터 스프링을 수용하는 밸브의 상단입니다.

스프링

스프링은 밸브를 고장 위치로 유지하면서 스템의 장력을 유지합니다.

제어 밸브 액추에이터
제어 밸브 액추에이터는 압력 파일럿 또는 다른 공압 컨트롤러로부터 공압 신호를 수신하고 그에 따라 밸브 위치를 조정합니다. 이 액추에이터는 밸브를 페일클로즈에서 페일오픈으로 또는 그 반대로 변환하기 위해 분해 및 반전될 수 있습니다.

스터핑 박스 어셈블리
스터핑 박스 어셈블리에는 밸브 패킹이 있습니다. 밸브 패킹은 밸브를 열고 닫기 위해 필요에 따라 스템이 위아래로 움직일 수 있도록 하면서 스터핑 상자에서 누출을 방지하는 밀봉을 제공합니다.

요크 및 트래블 인디케이터(Yoke and Travel Indicator)
요크 및 트래블 표시기는 주어진 순간에 밸브 위치를 시각적으로 식별합니다.

스템와 시트(Stem and Seat)
볼과 시트는 밸브를 통한 흐름을 차단합니다. 이들은 중요한 부품이며 연마제 또는 부식성 제품과의 접촉으로 인해 가장 마모되기 쉬운 품목입니다.

 

제어 밸브를 사용하는 이유

프로세스 플랜트는 판매용으로 제공되는 제품을 생산하기 위해 모두 함께 네트워크로 연결된 수백 또는 수천 개의 제어 루프로 구성됩니다. 이러한 각 제어 루프는 최종 제품의 품질을 보장하기 위해 필요한 작동 범위 내에서 압력, 유량, 레벨, 온도 등과 같은 몇 가지 중요한 프로세스 변수를 유지하도록 설계되었습니다.

이러한 각 루프는 프로세스 변수에 해로운 영향을 미치는 외란을 수신하고 내부적으로 생성하며 네트워크의 다른 루프로부터의 상호 작용은 프로세스 변수에 영향을 미치는 외란을 제공합니다.

이러한 부하 교란의 영향을 줄이기 위해 센서와 트랜스미터는 프로세스 변수 및 원하는 설정점과의 관계에 대한 정보를 수집합니다.

그런 다음 컨트롤러는 이 정보를 처리하고 부하 교란이 발생한 후 프로세스 변수를 원래 위치로 되돌리기 위해 수행해야 하는 작업을 결정합니다. 모든 측정, 비교 및 ​​계산이 완료되면 일부 유형의 최종 제어 요소는 컨트롤러가 선택한 전략을 구현해야 합니다.

 

컨트롤 밸브의 종류

유량 제어 산업에서 가장 일반적인 밸브 유형은 다음과 같습니다.

 

1. 게이트 밸브
게이트 밸브는 주로 on/off, non-throttling 서비스에 사용되는 일반 서비스 밸브입니다. 특히, 게이트 밸브는 최소한의 제한으로 유체의 직선 흐름이 필요한 응용 분야에 사용됩니다. 게이트 밸브는 사용자가 스템을 시계 방향으로 회전하여 닫힘(CTC) 동작 또는 시계 방향으로 열림(CTO) 동작으로 회전할 때 작동합니다.

작업자가 스템을 움직일 때 게이트가 나사산 단계에서 위아래로 움직이기 때문에 다중 회전 밸브입니다. 밸브가 열림에서 닫힘으로 가려면 여러 번 회전해야 하며 수격 현상을 방지하는 느린 작동입니다.

엔지니어는 또한 최소 압력 손실과 자유 구멍이 필요한 경우 게이트 밸브를 사용합니다. 일반적인 게이트 밸브는 흐름 경로에 장애물이 없으므로 압력 손실이 최소화됩니다.

2. 볼 밸브
볼 밸브는 저렴한 비용, 내구성 및 우수한 차단 기능으로 인해 다양한 산업 분야의 유량 시스템에서 일반적으로 사용됩니다. 버터플라이 밸브와 유사하게 높은 수준의 정확도와 제어가 필요한 유량 제어 애플리케이션에는 효과적이지 않습니다.

그 이유 중 하나는 볼 밸브가 열리고 닫히기 위해 높은 수준의 토크가 필요하여 작업자가 미세 조정을 할 수 없기 때문입니다.

3. 글로브 밸브
선형 모션 밸브, 글로브 밸브는 흐름을 중지, 시작 및 조절합니다. 글로브 밸브는 밸브 중앙에 위치한 수평 시트로 내려가는 평평하거나 볼록한 바닥이 있는 플러그를 통해 폐쇄를 시작합니다. 사용자가 밸브를 열면 플러그가 올라가 유체가 흐를 수 있습니다.

글로브 밸브는 밸브의 디스크가 유로에서 완전히 제거되거나 유로를 완전히 닫을 수 있기 때문에 켜기/끄기 및 조절 응용 프로그램에 사용됩니다. 이러한 유형의 유량 제어 밸브는 게이트, 플러그 및 볼 밸브와 같은 직선형 밸브보다 약간 더 높은 압력 강하를 생성하지만 밸브를 통한 압력 강하가 제어 요소가 아닌 상황에 적용할 수 있습니다.

4. 핀치 밸브
비용 효율적인 유량 제어 밸브인 핀치 밸브는 상당한 양의 부유 물질을 포함하는 슬러리 또는 액체의 적용에 이상적입니다. 핀치 밸브는 고무 튜브와 같은 하나 이상의 유연한 요소를 사용하여 밀봉하여 흐름을 차단합니다.

이 고무 슬리브는 밸브의 유일한 접액부이며 유연성 덕분에 핀치 밸브가 갇힌 고체 주위를 단단히 닫을 수 있습니다. 핀치 밸브를 작동시키기 위해 공기 또는 유압이 엘라스토머 슬리브에 직접 가해집니다. 핀치 밸브의 몸체는 내장형 작동기 역할을 하여 값비싼 유압, 공압 또는 전기 작동자를 제거하고 이러한 유형의 유량 제어 밸브의 비용 효율성을 가져옵니다.

5. 다이어프램 밸브
다이어프램 밸브는 밸브 본체 상단의 시트와 접촉하고 밀봉을 형성하는 유연한 디스크가 특징입니다. 다이어프램은 유연하고 압력에 반응합니다. 밸브를 열거나 닫거나 제어하는 ​​힘을 전달합니다.

다이어프램 밸브는 핀치 밸브와 관련이 있지만 밸브 본체에 엘라스토머 라이너가 아닌 엘라스토머 다이어프램을 사용합니다. 엘라스토머 다이어프램은 압축기에 부착되어 흐름 흐름을 폐쇄 요소에서 분리합니다. 다이어프램 밸브는 부식성, 부식성 및 더러운 서비스를 처리하는 데 이상적입니다.

다이어프램 밸브를 사용하면 여러 가지 장점이 있습니다. 이 밸브는 매우 깨끗하고 누출 방지 씰이 있으며 단단히 차단되어 있으며 유지 관리가 쉽고 환경으로의 누출을 줄입니다. 다이어프램 밸브도 파이프라인을 중단하지 않고 수리할 수 있습니다.

6. 니들 밸브
니들 밸브는 작은 라인의 흐름을 제한하는 볼륨 제어 밸브입니다. 밸브를 통해 이동하는 유체는 90도 회전하고 원뿔형 팁 로드의 시트 역할을 하는 오리피스를 통해 흐릅니다. 오리피스 크기는 사용자가 시트를 기준으로 원뿔을 배치할 때 변경됩니다.

니들 밸브는 몇 가지 설계 특징을 공유하고 유사한 이점을 갖는다는 점에서 글로브 밸브와 유사합니다. 예를 들어, 니들 밸브와 글로브 밸브는 모두 작업자가 나사식 회전 스템을 사용하여 유량을 변경할 수 있도록 합니다.

니들 밸브와 글로브 밸브의 차이점은 니들 밸브가 달성할 수 있는 정밀도입니다. 사실, 니들 밸브는 미세 조정이 가능하기 때문에 교정 응용 분야에 이상적인 선택입니다.

니들 밸브는 게이지 및 기타 측정 기기를 안전하게 설치하거나 제거할 수 있도록 확실한 차단을 제공할 수 있습니다. 이것이 니들 밸브가 석유화학에서 바이오연료에 이르기까지 다양한 산업에서 사용될 수 있는 이유이기도 합니다.

 

7. 버터플라이 밸브
버터플라이 밸브는 흐름 영역 내에서 디스크를 회전시켜 작동하며 이러한 설계로 인해 선형 흐름 특성이 없습니다. 이로 인해 이러한 밸브는 위의 일반적인 유량 제어 밸브 유형보다 정확도가 떨어집니다.

이러한 이유로 매우 높은 정확도가 필요하지 않은 일부 응용 분야에서 유용하지만 유량 제어 밸브 선택으로 종종 무시될 수 있습니다. 또한 매우 저렴한 밸브 옵션이므로 올바른 응용 분야에서 고려할 가치가 있습니다.

8. 플러그 밸브
플러그 밸브는 다양한 구성으로 제공되며 밸브 본체 내에서 원통형 또는 원뿔형 플러그를 회전시켜 플러그의 중공 영역을 통한 흐름을 조절함으로써 작동됩니다.

유량 제어 애플리케이션의 경우 가장 일반적인 디자인은 편심 플러그 밸브로, 하프 플러그를 사용하여 열리고 닫힐 때 마찰을 최소화하면서 더 높은 착석력을 생성합니다. 이것은 흐름 제어 상황에 이상적인 더 큰 차단 기능의 이점이 있습니다.

 

컨트롤 밸브를 설치할 때 향후 유지 관리를 피할 수 있도록 고려해야 할 요소

컨트롤 밸브는 설치가 완벽하게 이루어지면 제대로 작동하게 되므로 컨트롤 밸브를 설치할 때 문제 없이 완벽하게 작동하려면 몇 가지 요소를 고려해야 합니다.

▷ 진동이나 외부 스트레스가 적절한 밸브 기능을 손상시킬 수 있는 밸브 설치를 피해야 합니다. 따라서 부득이한 경우에는 밸브에 적합한 장소에 설치하여야 하며 이에 대한 적절한 대책을 강구하여야 한다.
▷ 제어 밸브가 작동하기에 충분한 공간이 있고 유지보수도 쉽게 접근할 수 있는 장소에 설치되었는지 확인해야 합니다.
▷ 밸브의 무게로 인해 프로세스 파이프에 부담이 되지 않도록 밸브를 지지하거나 파이프 런에 지지를 제공할 수 있습니다.
▷ 물, 눈, 과도하게 결빙되는 장소에 밸브를 설치하지 마십시오.
▷ 대기의 부식성 특성에 대한 예방 조치를 취해야 합니다.

 

제어 밸브의 빠른 점검 및 유지 관리 방법 제어

 밸브에서 검사해야 하는 주요 부품은?

▷ 액추에이터 다이어프램
▷ 액추에이터 샤프트
▷ 플러그 시트 케이지 및 스템과 같은 트림 구성 요소
▷ 보닛에 있는 포장 상자를 검사해야 합니다.
▷ 개스킷 착좌면
▷ 바디 밸브에 대한 NDT 테스트
▷ 밸브 포지셔너의 상태를 확인해야 합니다
▷ 본체의 볼트와 너트
▷ 액추에이터 스프링
▷ 핸드휠이 있는 경우
▷ 플랜지 개스킷의 표면

액츄에이터도 다른 구성 요소와 같은 기계적 문제의 영향을 받으며 이러한 문제는 프로세스에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 액츄에이터의 문제를 찾아 밸브 위치 표시기를 확인하여 문제를 줄이거나 제거할 수 있으며 이를 밸브 컨트롤러가 요구하는 위치와 비교해야 합니다.

일부 유형의 액츄에이터에는 수동 조작자가 있으며 액츄에이터 문제를 해결하는 데 사용할 수 있으며 다른 유형의 액츄에이터에는 수동 바이패스 라인이 있고 고장난 구성 요소에 가까울 수 있으며 이를 통해 액츄에이터 문제를 해결할 수 있습니다. . 또한 스프링의 장력이 적절하지 않으면 작동기의 스프링을 확인해야 문제가 발생할 수 있습니다.

다이어프램 검사, 이 작업을 수행하는 동안 스프링에 곤충을 넣어야 합니다. 밸브의 액츄에이터와 포지셔너는 적절한 크기여야 합니다.

 

일상적인 유지 보수

일상적인 유지 관리를 수행하는 동안 글랜드 너트를 확인하고 글랜드 패킹을 통해 누출이 있는 경우 조여야 합니다. 개스킷이 새는 경우 상단 및 하단 플랜지의 너트도 확인해야 합니다.